数字系统设计基础 (8)
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半导体存储技术是PLD编程技术的基础，本章将介绍半导体
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
8.1
1. 目前所使用的各种半导体存储器，从存取功能上可以分为 只读存储器ROM(Read Only Memory)和读写存储器RWM(Read Write Memory)，由于历史的原因，随机存取的RWM也称为随 机存取存储器RAM(Random Access Memory)。注意，大多数的 ROM也是随机存取的。 按照存储功能划分的存储器的分类如图8－1
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
8.1 半导体存储器综述 8.2 易失性存储器 8.3 非易失存储器 8.4 存储器的扩展 8.5 可编程逻辑器件简介 习题
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
半导体存储器(Semiconductor Memory)是一种能存储大量 二值信息(或称为二值数据)的电子数据存储元件，是用半导体 集成电路实现的。随着半导体技术发展，很多集成电路产品中 已经集成了半导体存储器。各种各样的半导体存储器集成电路 IC(Integrated Circuit)是计算机中必不可少的组成部分， 是集成电路最主要的产品之一，广泛地应用于各种电子产品中。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－1 存储器分类
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
RAM是易失性存储器(Volatile Memory)。易失性存储器在 掉电后，存储在其中的信息会很快消失。根据存储数据的原理 不同，RAM又分为静态随机存取存储器 SRAM (Static RAM)和动 态随机存取存储器DRAM (Dynamic RAM)。SRAM利用双稳态存储 数据，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，其具有较 高的性能，但它的集成度较低。而DRAM利用电荷存储数据，每 隔一段时间就要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，其
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
ROM又分为掩膜ROM、可编程PROM(Programmable ROM)、可 擦除可编程EPROM(Erasable PROM)和电可擦除可编程 EEPROM(Electronic EPROM)。EPROM的擦除是用紫外光完成的。 FLASH(快闪存储器)的全称是FLASH EEPROM，它也属于电可擦除 可编程ROM的一类，因此我们也将其归为 ROM
第8章 半导体存储器与可来自百度文库程逻辑器件
2. 1) 容量 在不同的抽象层次上可以用不同的方式表示一个存储单元 的容量，电路设计者用位(bit)表示存储器容量，位数即存储器 所需要的单元数。芯片设计者用字节(byte)或者字节的 倍数，即千字节(Kbyte)、兆字节(Mbyte)和吉字节(Gbyte)以及 太字节(Tbyte)表示存储量， 1 Tbyte=103 Gbyte=106 Mbyte=109 Kbyte。而在系统层，则可以用“字数×字宽”表示， 字代表基本的运算单位，例如256×16表示有256个单元，每个 单元是16
图8－2给出了存储器读/写时序的示意图。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－2 存储器读/写时序示意图
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
3) 要实现一个N×M的存储器，最简单的方法是把它们存入到 连续的单元中，如图8－3
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－3 存储器的基本结构
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
SRAM用途非常广泛，可用于个人计算机、工作站和路由器； 可用于各类嵌入式系统中，如玩具、数码相机和手提电话等消 费类电子以及汽车电子中；还可以用于LCD显示屏以及打印机等 其它众多类型的电子产品中。DRAM
ROM是非易失性存储器(Nonvolatile Memory)，存储在其中 的信息在掉电后仍然存在，主要用于计算机、航空、远程通信 和消费类电子产品中，用来存储程序和微代码。非易失性存储 器中所存储的数据信息理论上可以是永久不变的。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)是数字 集成电路家族中的一类特殊成员，其特性是可以根据设计要求， 通过特殊的硬件编程语言，对器件进行编程，并通过特定的装 置，将编程信息写入到器件，实现设计要求。很多可编程器件 可以反复编程，从而实现电路可重构(Reconfigurable)
N=2K根选择线，任 何时候，只有一根选择线有效。这样，从存储器芯片的管脚来 看，100万(220) 根选择线需要20根地址线，从而解决了存储
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
通常情况下，存储器中的字数远远多于每个字存储的位数。 按照上述方式组织存储单元将使存储器变得长而窄，导致存储 器芯片设计变得比较困难。因此，在存储器的芯片结构中通常 是将多个字放在一个行中，这样，一根选择线就同时选中多个 字。为了从这多个字中再选择出所需要的字，则再加上一个称 为列译码的额外电路，地址则被划分成列(A0~AK-1)地址、行地 址(AK~AL-1)，使得行地址可读写一行的存储单元，而列地址则 从所选择的行存储单元中找出一个所需要的字， 如图8－4所示。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
对这些单元的访问，可以通过一个选择线S0~Sn-1实现每次 访问一个单元。这种方法虽然简单，但是当存储器比较大，例 如实现一个1 M×8存储器时，则需要100万个选择信号，这么多 的信号不利于芯片的管脚封装。为了减少这些选择信号，可以 通过一个译码器来实现。当通过一个二进制的地址(A0~AK-1)访
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
也可以对存储器按照存储方式进行分类，大部分是可以随 机访问的，而有些存储器则是按照顺序访问的，例如先进先出 的FIFO，先进后出的FILO等等。从制造工艺上又可以把存储器 分为双极型和MOS型。MOS工艺电路，尤其是CMOS工艺电路具有 功耗低、集成度高的优点，所以目前大容量的存储器都是采用 MOS
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 2) 读/写参数 存储器的读/写参数是存储器最重要的参数之一，只有按照 严格的时序对存储器进行读/写，才能保证存储器的工作正确。
写入时间：从提出写请求到最终把数据写入到存储器之间
读出时间：从提出读请求到数据在输出端上有效之间的时
读/写周期：前后两次读或两次写之间所要求的最小时间间
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
8.1
1. 目前所使用的各种半导体存储器，从存取功能上可以分为 只读存储器ROM(Read Only Memory)和读写存储器RWM(Read Write Memory)，由于历史的原因，随机存取的RWM也称为随 机存取存储器RAM(Random Access Memory)。注意，大多数的 ROM也是随机存取的。 按照存储功能划分的存储器的分类如图8－1
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
8.1 半导体存储器综述 8.2 易失性存储器 8.3 非易失存储器 8.4 存储器的扩展 8.5 可编程逻辑器件简介 习题
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
半导体存储器(Semiconductor Memory)是一种能存储大量 二值信息(或称为二值数据)的电子数据存储元件，是用半导体 集成电路实现的。随着半导体技术发展，很多集成电路产品中 已经集成了半导体存储器。各种各样的半导体存储器集成电路 IC(Integrated Circuit)是计算机中必不可少的组成部分， 是集成电路最主要的产品之一，广泛地应用于各种电子产品中。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－1 存储器分类
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
RAM是易失性存储器(Volatile Memory)。易失性存储器在 掉电后，存储在其中的信息会很快消失。根据存储数据的原理 不同，RAM又分为静态随机存取存储器 SRAM (Static RAM)和动 态随机存取存储器DRAM (Dynamic RAM)。SRAM利用双稳态存储 数据，不需要刷新电路即能保存它内部存储的数据，其具有较 高的性能，但它的集成度较低。而DRAM利用电荷存储数据，每 隔一段时间就要刷新充电一次，否则内部的数据即会消失，其
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
ROM又分为掩膜ROM、可编程PROM(Programmable ROM)、可 擦除可编程EPROM(Erasable PROM)和电可擦除可编程 EEPROM(Electronic EPROM)。EPROM的擦除是用紫外光完成的。 FLASH(快闪存储器)的全称是FLASH EEPROM，它也属于电可擦除 可编程ROM的一类，因此我们也将其归为 ROM
第8章 半导体存储器与可来自百度文库程逻辑器件
2. 1) 容量 在不同的抽象层次上可以用不同的方式表示一个存储单元 的容量，电路设计者用位(bit)表示存储器容量，位数即存储器 所需要的单元数。芯片设计者用字节(byte)或者字节的 倍数，即千字节(Kbyte)、兆字节(Mbyte)和吉字节(Gbyte)以及 太字节(Tbyte)表示存储量， 1 Tbyte=103 Gbyte=106 Mbyte=109 Kbyte。而在系统层，则可以用“字数×字宽”表示， 字代表基本的运算单位，例如256×16表示有256个单元，每个 单元是16
图8－2给出了存储器读/写时序的示意图。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－2 存储器读/写时序示意图
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
3) 要实现一个N×M的存储器，最简单的方法是把它们存入到 连续的单元中，如图8－3
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 图8－3 存储器的基本结构
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
SRAM用途非常广泛，可用于个人计算机、工作站和路由器； 可用于各类嵌入式系统中，如玩具、数码相机和手提电话等消 费类电子以及汽车电子中；还可以用于LCD显示屏以及打印机等 其它众多类型的电子产品中。DRAM
ROM是非易失性存储器(Nonvolatile Memory)，存储在其中 的信息在掉电后仍然存在，主要用于计算机、航空、远程通信 和消费类电子产品中，用来存储程序和微代码。非易失性存储 器中所存储的数据信息理论上可以是永久不变的。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
可编程逻辑器件PLD(Programmable Logic Device)是数字 集成电路家族中的一类特殊成员，其特性是可以根据设计要求， 通过特殊的硬件编程语言，对器件进行编程，并通过特定的装 置，将编程信息写入到器件，实现设计要求。很多可编程器件 可以反复编程，从而实现电路可重构(Reconfigurable)
N=2K根选择线，任 何时候，只有一根选择线有效。这样，从存储器芯片的管脚来 看，100万(220) 根选择线需要20根地址线，从而解决了存储
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
通常情况下，存储器中的字数远远多于每个字存储的位数。 按照上述方式组织存储单元将使存储器变得长而窄，导致存储 器芯片设计变得比较困难。因此，在存储器的芯片结构中通常 是将多个字放在一个行中，这样，一根选择线就同时选中多个 字。为了从这多个字中再选择出所需要的字，则再加上一个称 为列译码的额外电路，地址则被划分成列(A0~AK-1)地址、行地 址(AK~AL-1)，使得行地址可读写一行的存储单元，而列地址则 从所选择的行存储单元中找出一个所需要的字， 如图8－4所示。
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
对这些单元的访问，可以通过一个选择线S0~Sn-1实现每次 访问一个单元。这种方法虽然简单，但是当存储器比较大，例 如实现一个1 M×8存储器时，则需要100万个选择信号，这么多 的信号不利于芯片的管脚封装。为了减少这些选择信号，可以 通过一个译码器来实现。当通过一个二进制的地址(A0~AK-1)访
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件
也可以对存储器按照存储方式进行分类，大部分是可以随 机访问的，而有些存储器则是按照顺序访问的，例如先进先出 的FIFO，先进后出的FILO等等。从制造工艺上又可以把存储器 分为双极型和MOS型。MOS工艺电路，尤其是CMOS工艺电路具有 功耗低、集成度高的优点，所以目前大容量的存储器都是采用 MOS
第8章 半导体存储器与可编程逻辑器件 2) 读/写参数 存储器的读/写参数是存储器最重要的参数之一，只有按照 严格的时序对存储器进行读/写，才能保证存储器的工作正确。
写入时间：从提出写请求到最终把数据写入到存储器之间
读出时间：从提出读请求到数据在输出端上有效之间的时
读/写周期：前后两次读或两次写之间所要求的最小时间间